復雜網路研究同步的相關方法

⑴ 關於復雜網路同步的描述，越詳細越好，急！

復雜網路的理論研究經過近十年的發展,已經取得了令人矚目的一些成果。復雜網路的復雜結構和動力學行為的多樣性使得復雜系統的研究更具意義,也更具挑戰性,復雜網路的研究也被認為是21世紀科學技術前沿戰略性研究課題之一。其中,關於復雜網路系統動力學行為中同步的研究也已成為控制工程界的重要研究課題。本文在閱讀現有的復雜網路有關文獻的基礎上,對這一研究課題進行了全面的綜述,並從復雜網路理論的角度對復雜系統的同步控制問題進行了較為深入的研究。論文的主要研究內容及創新點包括如下七個方面: 1.從復雜網路理論這一新的角度對大規模工程系統進行討論,並分別構建了幾類常見的大規模工程系統的復雜網路模型。隨後,利用復雜網路理論分析了工程系統的網路拓撲特性,並在此基礎上,將復雜網路系統同步方面的研究與大型工程系統的應用相結合,根據復雜網路同步理論對工程系統的動態性能進行探討,從而為此類問題的解決提供了新的思路。 2.針對星形耦合網路系統同步問題進行了研究。首先討論了此類系統同步問題,發現系統達到同步與網路的耦合強度無關。本章提出了復雜網路系統可反饋同步化的概念,並研究了星形耦合網路系統的可反饋同步化問題,得到了此類系統可反饋同步化的判據。其次,討論了採用牽制控制策略實現低階星形網路系統的同步問題,並以充分利用網路的結構信息為基礎,分別給出局部控制律和全局控制律的設計方法。最後,將之推廣到高階系統,研究了高階非線性星形網路系統的牽制控制問題,得到了比較具體的結論,具有實際應用價值。 3.針對最近鄰耦合網路系統的同步控制進行了討論。首先研究了此類系統達到同步的條件,發現只要節點本身的動力學行為穩定,則此類系統能夠達到同步。根據第三章提出的可反饋同步化的概念,研究了最近鄰耦合網路系統可反饋同步化的問題,並得到相應的判據。其次,本文利用控製作用衰減率概念,研究了最近鄰耦合網路系統的牽制控制能力,並對此類網路分析了不同的牽制控制策略的有效性。隨後,在此基礎上,採用牽制控制策略實現此類系統的同步,並分別給出了系統局部控制律和全局控制律的設計方法。此方法充分利用了網路結構信息,從而減少了控制律設計的保守性。 4.討論了一類廣義時滯復雜動態網路系統的同步穩定性和牽制控制問題。針對此類系統,本文首先分別給出了保守性小的連續時間時滯復雜動態網路系統和離散時間時滯復雜動態網路系統的同步穩定性條件。其次,通過對部分節點施加牽制控製作用的方法,設計分散反饋控制器,分別使得連續時間時滯復雜動態網路系統和離散時間時滯復雜動態網路系統達到同步,從而保證了整個系統的同步穩定性。隨後,在此基礎上,將控制器的設計問題轉化為求解線性矩陣不等式(LMI)組合的凸優化問題。該問題便於利用現有的優化軟體求解,也大大降低了問題求解的復雜性。 5.針對由動力學行為不同的節點構成的異質復雜網路系統進行研究。大規模復雜系統往往根據工藝、空間或時間的不同劃分為不同的子系統。根據各子系統的特點,可分別採用最適合的方式來建立模型,並據此形成由不同類型的子系統模型構成的關聯系統。本文以復雜網路理論為基礎,通過構建此類關聯系統的網路模型,研究了使此類新穎的異質復雜動態網路系統穩定的牽制控制問題。該類復雜網路系統分別由不同模型描述的節點相互關聯而成,利用牽制控制使得該類系統達到穩定。根據Lyapunov穩定性定理,分別獨立地求解了對應於各節點及其關聯拓撲的線性矩陣不等式(LMI),從而判斷出異質復雜網路系統牽制控制的穩定性。上述方法將原問題轉化為多個低維線性矩陣不等式的並行求解,大大減少計算的復雜性。 6.利用網路結構優化的方法,研究了如何改善復雜網路系統的同步性和一致性的問題。本文首先給出了加權網路熵的定義,將之用來測量加權網路的均勻性。其次,分析了網路均勻性、一致性和同步性三者之間的關系。隨後,基於此加權網路熵指標和網路的統計特性,提出了一種改善復雜網路系統一致性和同步性的結構優化方法,即通過盡可能少地增加連線來最大程度地增大復雜網路系統的一致性和同步性。該方法也為此類問題的解決提供了一個新的途徑。 7.基於復雜動態網路系統同步控制理論,研究了分布式多移動機器人的隊形保持和跟蹤控制問題。首先,為了估算外部向量場變化情況下的所有移動機器人的測量的平均值,每個移動機器人需測量自身運動軌跡的向量場局部值,並將之與其他鄰近機器人共享。根據共享的信息,移動機器人以同步協商的合作方式控制自身運動軌跡,同時維持一定的隊形。其次,研究了跟隨領航者的隊形控制方法。針對多機器人之間形成的兩種隊形(最近鄰耦合網路和星形網路)進行分析,並提出了具體的移動機器人動態控制律的設計方法,可較方便地對系統的極點進行配置。最後,探討了復雜系統同步理論在多移動機器人中的應用

⑵ 有關無線感測器網路中時間同步機制有哪些方法和策略

1  時間同步技術的重要性 
感測器節點的時鍾並不完美，會在時間上發生漂移，所以觀察到的時間對於網路中的節點來說是不同的。但很多網路協議的應用，都需要一個共同的時間以使得網路中的節點全部或部分在瞬間是同步的。 
第一，感測器節點需要彼此之間並行操作和協作去完成復雜的感測任務。如果在收集信息過程中，感測器節點缺乏統一的時間戳（即沒有同步），估計將是不準確的。 
第二，許多節能方案是利用時間同步來實現的。例如，感測器可以在適當的時候休眠（通過關閉感測器和收發器進入節能模式），在需要的時候再喚醒。在應用這種節能模式的時候，節點應該在同等的時間休眠和喚醒，也就是說當數據到來時，節點的接收器可以接收，這個需要感測器節點間精確的定時。 
2  時間同步技術所關注的主要性能參數 
時間同步技術的根本目的是為網路中節點的本地時鍾提供共同的時間戳。對無線感測器
網路WSN（Wireless Sensor Networks）[1]
的時間同步應主要應考慮以下幾個方面的問題： 
(1)能量效率。同步的時間越長，消耗的能量越多，效率就越低。設計WSN的時間同步演算法需以考慮感測器節點有效的能量資源為前提。 
(2) 可擴展性和健壯性。時間同步機制應該支持網路中節點的數目或者密度的有效擴展，並保障一旦有節點失效時，餘下網路有效且功能健全。 
(3)精確度。針對不同的應用和目的，精確度的需求有所不用。 
(4)同步期限。節點需要保持時間同步的時間長度可以是瞬時的，也可以和網路的壽命一樣長。 
(5)有效同步范圍。可以給網路內所有節點提供時間，也可以給局部區域的節點提供時間。 
(6)成本和尺寸。同步可能需要特定的硬體，另外，體積的大小也影響同步機制的實現。 (7)最大誤差。一組感測器節點之間的最大時間差，或相對外部標准時間的最大差。 3  現有主要時間同步方法研究 
時間同步技術是研究WSN的重要問題，許多具體應用都需要感測器節點本地時鍾的同步，要求各種程度的同步精度。WSN具有自組織性、多跳性、動態拓撲性和資源受限性，尤其是節點的能量資源、計算能力、通信帶寬、存儲容量有限等特點，使時間同步方案有其特
殊的需求，也使得傳統的時間同步演算法不適合於這些網路[2]
。因此越來越多的研究集中在設
計適合WSN的時間同步演算法[3]
。針對WSN，目前已經從不同角度提出了許多新的時間同步演算法[4]
。 
3.1  成對(pair-wise)同步的雙向同步模式 
代表演算法是感測器網路時間同步協議TPSN（Timing-Sync Protocol for Sensor 
Networks）[5~6]
。目的是提供WSN整個網路范圍內節點間的時間同步。 
該演算法分兩步：分級和同步。第一步的目的是建立分級的拓撲網路，每個節點有個級別。只有一個節點與外界通信獲取外界時間，將其定為零級，叫做根節點，作為整個網路系統的時間源。在第二步，每個i級節點與i-1（上一級）級節點同步，最終所有的節點都與根節點同步，從而達到整個網路的時間同步。詳細的時間同步過程如圖 1 所示。 
 

圖1  TPSN 同步過程 
 
設R為上層節點，S為下層節點，傳播時間為d，兩節點的時間偏差為θ。同步過程由節點R廣播開始同步信息，節點S接收到信息以後，就開始准備時間同步過程。在T1時刻，節點S發送同步信息包，包含信息(T1)，節點R在T2接收到同步信息，並記錄下接收時間T2，這里滿足關系：21TTd 
節點R在T3時刻發送回復信息包，包含信息(T1,T2,T3)。在T4時刻S接收到同步信息包，滿足關系：43TTd 
最後，節點S利用上述2個時間表達式可計算出的值：(21)(43)2
TTTT 
TPSN由於採用了在MAC層給同步包標記時間戳的方式，降低了發送端的不確定性，消除了訪問時間帶來的時間同步誤差，使得同步效果更加有效。並且，TPSN演算法對任意節點的同步誤差取決於它距離根節點的跳數，而與網路中節點總數無關，使TPSN同步精度不會隨節點數目增加而降級，從而使TPSN具有較好的擴展性。TPSN演算法的缺點是一旦根節點失效，就要重新選擇根節點，並重新進行分級和同步階段的處理，增加了計算和能量開銷，並隨著跳數的增加，同步誤差呈線性增長，准確性較低。另外，TPSN演算法沒有對時鍾的頻差進行估計，這使得它需要頻繁同步，完成一次同步能量消耗較大。 
3.2  接收方-接收方（Receiver-Receiver）模式 
代表演算法是參考廣播時間同步協議RBS（Reference Broadcast Synchronization）[7]
。RBS是典型的基於接收方-接收方的同步演算法，是Elson等人以「第三節點」實現同步的思想而提出的。該演算法中，利用無線數據鏈路層的廣播信道特性，基本思想為：節點(作為發
送者)通過物理層廣播周期性地向其鄰居節點（作為接收者）發送信標消息[10]
，鄰居節點記錄下廣播信標達到的時間，並把這個時間作為參考點與時鍾的讀數相比較。為了計算時鍾偏移，要交換對等鄰居節點間的時間戳，確定它們之間的時間偏移量，然後其中一個根據接收
到的時間差值來修改其本地的時間，從而實現時間同步[11]
。 
假如該演算法在網路中有n個接收節點m個參考廣播包，則任意一個節點接收到m個參考包後，會拿這些參考包到達的時間與其它n-1個接收節點接收到的參考包到達的時間進行比較，然後進行信息交換。圖2為RBS演算法的關鍵路徑示意圖。 
網路介面卡
關鍵路徑
接收者1
發送者
接收者2
 
圖2  RBS演算法的關鍵路徑示意圖 
 
其計算公式如下： 
,,1
1,:[,]()m
jkikkinjnoffsetijTTm
 其中n表示接收者的數量，m表示參考包的數量，,rbT表示接收節點r接收到參考包b時的時鍾。 

此演算法並不是同步發送者和接收者，而是使接收者彼此同步，有效避免了發送訪問時間對同步的影響，將發送方延遲的不確定性從關鍵路徑中排除，誤差的來源主要是傳輸時間和接收時間的不確定性，從而獲得了比利用節點間雙向信息交換實現同步的方法更高的精確度。這種方法的最大弊端是信息的交換次數太多，發送節點和接收節點之間、接收節點彼此之間，都要經過消息交換後才能達到同步。計算復雜度較高，網路流量開銷和能耗太大，不適合能量供應有限的場合。 
3.3  發送方-接收方(Sender-Receiver)模式 
基於發送方-接收方機制的時間同步演算法的基本原理是：發送節點發送包含本地時間戳的時間同步消息，接收節點記錄本地接收時間，並將其與同步消息中的時間戳進行比較，調整本地時鍾。基於這種方法提出的時間同步演算法有以下兩種。 
3.3.1  FTSP 演算法[8]
 
泛洪時間同步協議FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）由Vanderbilt大學Branislav Kusy等提出，目標是實現整個網路的時間同步且誤差控制在微秒級。該演算法用單個廣播消息實現發送節點與接收節點之間的時間同步。 
其特點為：(1)通過對收發過程的分析，把時延細分為發送中斷處理時延、編碼時延、傳播時延、解碼時延、位元組對齊時延、接收中斷處理時延，進一步降低時延的不確定度；(2)通過發射多個信令包，使得接收節點可以利用最小方差線性擬合技術估算自己和發送節點的頻率差和初相位差；(3)設計一套根節點選舉機制，針對節點失效、新節點加入、拓撲變化
等情況進行優化，適合於惡劣環境[12]
。 
FTSP演算法對時鍾漂移進行了線性回歸分析。此演算法考慮到在特定時間范圍內節點時鍾晶振頻率是穩定的，因此節點間時鍾偏移量與時間成線性關系，通過發送節點周期性廣播時間同步消息，接收節點取得多個數據對，構造最佳擬合直線，通過回歸直線，在誤差允許的時間間隔內，節點可直接通過它來計算某一時間節點間的時鍾偏移量而不必發送時間同步消息進行計算，從而減少了消息的發送次數並降低了系統能量開銷。 
FTSP結合TPSN和RBS的優點，不僅排除了發送方延遲的影響，而且對報文傳輸中接收方的不確定延遲（如中斷處理時間、位元組對齊時間、硬體編解碼時間等）做了有效的估計。多跳的FTSP協議採用層次結構，根節點為同步源，可以適應大量感測器節點，對網路拓撲結構的變化和根節點的失效有健壯性，精確度較好。該演算法通過採用MAC層時間戳和線性回歸偏差補償彌補相關的錯誤源，通過對一個數據包打多個時戳，進而取平均和濾除抖動較大的時戳，大大降低了中斷和解碼時間的影響。FTSP 採用洪泛的方式向遠方節點傳遞時間基準節點的時間信息，洪泛的時間信息可由中轉節點生成，因此誤差累積不可避免。另外，FTSP的功耗和帶寬的開銷巨大。 
3.3.2  DMTS 演算法[9]
 
延遲測量時間同步DMTS (delay measurement time synchronization) 演算法的同步機制是基於發送方-接收方的同步機制。DMTS 演算法的實現策略是犧牲部分時間同步精度換取較低的計算復雜度和能耗，是一種能量消耗輕的時間同步演算法。 
DMTS演算法的基本原理為：選擇一個節點作為時間主節點廣播同步時間，所有接收節點通過精確地測量從發送節點到接收節點的單向時間廣播消息的延遲並結合發送節點時間戳，計算出時間調整值，接收節點設置它的時間為接收到消息攜帶的時間加上廣播消息的傳輸延遲，調整自己的邏輯時鍾值以和基準點達成同步，這樣所有得到廣播消息的節點都與主節點進行時間同步。發送節點和接收節點的時間延遲dt可由21()dtnttt得出。其中，nt為發送前導碼和起始字元所需的時間，n為發送的信息位個數，t為發送一位所需時間；1t為接收節點在消息到達時的本地時間；2t為接收節點在調整自己的時鍾之前的那一時刻記錄的本地時間，21()tt是接收處理延遲。 

DMTS 演算法的優點是結合鏈路層打時間戳和時延估計等技術，消除了發送時延和訪問時延的影響，演算法簡單，通信開銷小。但DMTS演算法沒有估計時鍾的頻率偏差，時鍾保持同步的時間較短，沒有對位偏移產生的時間延遲進行估計，也沒有消除時鍾計時精度對同步精度的影響，因此其同步精度比FTSP略有下降，不適用於定位等要求高精度同步的應用。 
基於發送方-接收方單向同步機制的演算法在上述三類方法中需要發送的時間同步消息數目最少。發送節點只要發送一次同步消息，因而具有較低的網路流量開銷和復雜度，減少了系統能耗。 
4  結論 
文章介紹了WSN時間同步演算法的類型以及各自具有代表性的演算法，分析了各演算法的設計原理和優缺點。這些協議解決了WSN中時間同步所遇到的主要問題，但對於大型網路，已有的方法或多或少存在著一些問題：擴展性差、穩定性不高、收斂速度變慢、網路通信沖突、能耗增大。今後的研究熱點將集中在節能和時間同步的安全性方面。這將對演算法的容錯性、有效范圍和可擴展性提出更高的要求。 

⑶ 復雜網路具體應用有哪些

【熱心相助】
您好！復雜網路具體應用很廣泛，在管理領域應用：
1.復雜網路研究正滲透到數理學科、生命學科和工程學科等眾多不同的領域，對復雜網路的定量與定性特徵的科學理解已成為網路時代科學研究中一個極其重要的挑戰性課題。本書致力於系統地介紹復雜網路的基礎知識和研究進展。由於復雜網路研究具有很強的跨學科特色，並且新的問題和研究成果不斷涌現，因此本書著眼於復雜網路研究中已經取得的主要研究進展。主要內容包括：網路拓撲特性與模型，復雜網路上的傳播行為、相繼故障、搜索演算法和社團結構，以及復雜網路的同步與控制。清華出版社出版《復雜網路理論及其應用》在復雜網路領域的有關工作。
2.在管理領域應用。可以參考《復雜網路在管理領域的應用研究》。復雜網路作為研究復雜系統的一個新興工具，以其能較為形象、准確地描述系統主體之間錯綜復雜的聯系，在計算機、生命科學等領域得到了廣泛的應用，但其在管理學研究中仍處於起步階段。《復雜網路在管理領域的應用研究》致力於探索復雜網路在管理領域的具體應用。共分集群演進和創新擴散上下兩篇。
上篇為集群演進篇，將集群視為一個復雜適應性系統（CAS），其演進過程實質上是集群自組織進程。抓住集群最本質的特徵——各組織間的密切聯系，從網路結構演進角度研究了集群自組織。首先通過案例研究方法對集群自組織過程進行了理論上的定性研究；在此基礎上，構建了集群自組織的復雜網路分析框架，探討了集群自組織的不同演化模型，並結合傳統的實證研究方法，運用復雜網路工具，對特定集群的自組織過程進行了定量分析。
下篇為創新擴散篇，研究創新在特定網路上的擴散機理。首先構建了基於復雜網路的微觀個體決策理論分析框架，給出了一個基於復雜網路的隨機閾值模型，並運用該模型研究了新產品在消費者之間以及新技術在企業間兩類不同的創新擴散。在新產品擴散中，我們主要研究了正反饋效應、初值敏感性和兩個競爭性產品的擴散；而在新技術擴散中，我們重點對擴散的穩定性和脆弱性進行了較為深入的探討。

⑷ 群同步的實現群同步的二種方法

（1）連貫插入法
連貫插入法是在每幀的開頭插入一個幀同步碼字，如PCM30/32路幀同步碼。
幀同步碼應具有以下特點：
1） 在滿足幀同步性能的條件下，為提高有效信息的傳輸效率，幀同步碼的長度應盡可能短。
2）捕捉時間要短。
3）盡可能避免信息數據中出現和它相同的碼字，以減少假同步。
幀同步的種類：
1）全0碼
2）全1碼
3）0與1交替碼
4）PCM30/32路幀同步碼0011011
5）巴克(Barker)碼
巴克碼是一種取值為+1，－1的非周期，長度為n的序列。它具有單峰局部自相關系數R(l)：

目前已找到的巴克碼組如表1所示。其中7位巴克碼組用的最多
表1 巴克碼組 n 巴克碼組 2 ++，―― (11)，(10) 3 ++－ (110) 4 +++－；++－+ (1110)，(1101) 5 +++－+ (11101) 7 +++――+－ (1110010) 11 +++―――+――+－ (11100010010) 13 +++++――++－+－+ (1111100110101) 利用巴克碼作群同步的標志，就是利用它的尖銳的相關函數。接收端利用自相關運算器對巴克碼進行判決。以7位巴克碼為例。只有輸入自相關預算器為巴克碼即輸出為7時，判決器才有輸出。7位中只要有一位與巴克碼不同，運算的結果便會小於7，從而無判決輸出。
由於幀同步碼組是插在信息流中傳送到接收端的，在傳輸過程中，可能因為產生誤碼而使接收端漏檢同步碼而出現漏同步；也可能因為信息碼中有類似同步碼的信息碼，使接收端誤以為收到同步碼，而造成假同步。同步碼的選擇應考慮到使漏同步概率P1和假同步概率P2盡可能的小。研究證明在誤碼率Pe=10－3(基本滿足PCM通話要求)時，同步碼組長度n=7為最佳，在誤碼率Pe=10—6時，P1≤P2，原CCITT建議採用同步碼組「0011011」假同步概率最小。圖1給出了「0011011」同步碼檢測電路。當同步碼完全進入檢測器時，檢測器輸出幀同步脈沖。

圖1 「0011011」同步碼識別器
（2）分散插入法
連貫插入同步碼是一個碼組，要使同步可靠，同步碼組就要有一定的長度，從而降低了傳輸效率。而分散插入則是每幀只插入一位作為幀同步碼。例如北美和日本採用的24路PCM，每幀有8×24=192信息碼元，每逢奇幀其後插入一位幀同步碼，1010…交替插入。由於每幀只插入一位，它和信息碼元混淆的概率為1/2，這樣似乎無法識別幀同步碼。不過分散插入方式在捕獲同步時，並不是只檢測1幀2幀，而是要連續檢測10幀以上，每幀都符合「1」、「0」交替的規律才確認同步。誤同步概率是很小的。
分散插入法傳輸效率高，但同步捕獲時間長。

⑸ 復雜網路的同步能力怎麼去研究

網路同步包括有線網路同步和無線網路同步,針對無線網路的同步,比如移動通信同步問題,基站主要是依靠GPS進行時間同步.
要具備基本網路知識